顯像管帶材用的高強度、高導磁率鋼板以及制造該鋼板的方法

專利名稱：顯像管帶材用的高強度、高導磁率鋼板以及制造該鋼板的方法
技術領域：
本發明涉及一種具有優秀的地磁屏蔽性能的高強度鋼板，在顯像管帶材中使用，用于夾住被組合在電視機、辦公自動化設備或者類似設備中的陰極射線管(又名布勞恩管或者顯像管)的屏板部分周邊。
背景技術：
因為顯像管內部被保持為高度真空狀態，屏板的外周邊用鋼帶夾住，用于阻止前屏板的凹入變形和/或內爆以及用于阻止在內爆時屏板玻璃的散落。一種厚度為大約0.8至2.0mm的軟磁、高強度鍍覆鋼板被用于顯像管帶材。在夾住時，顯像管帶材被加工成規定的形狀，通過加熱到大約450至550℃發生熱膨脹，安裝在屏板周邊，并立即承受快速冷卻以實現收縮裝配方法，以通過該帶材的穩定加固得到一個強大的夾緊力。這種夾緊力精確地糾正了由于顯像管內的高度真空而被凹入變形的屏板面的形狀。此外，該帶材的軟磁特性使得它充當一種防止地磁進入顯像管內部的“防地磁的磁屏蔽材料”。因此，這種顯像管帶材在和地磁相似的弱DC磁場需要具有高強度和高導磁率。特別地，優選能得到例如300N/mm2或者更高的屈服應力的具有良好穩定性的高強度特性。
一般來說，增加鋼的強度和增加鋼的導磁率是互不相容的目的。例如，雖然用于提高鋼板強度的有效方法包括通過添加Ti，Nb或者類似元素的析出強化，通過鐵素體晶粒細化的強化，通過賦予加工應變的位錯強化等，這些強化措施降低導磁率。至今為止，為了獲得這些互不相容的特性，已開發出不同的顯像管帶材鋼板。例如，那些在下述專利文獻中公開的已為人所知專利文獻1 JP.特開平-10-208670A專利文獻2 JP.特開平-10-214578A
專利文獻3 JP.特開平-11-140601A專利文獻4 JP.特開平-11-293397A專利文獻5 JP.2000-290759A專利文獻6 JP.2001-040417A專利文獻7 JP.2001-040418A專利文獻8 JP.2001-040419A專利文獻9 JP.2001-040420A專利文獻1和2公開了使用所謂的“硅鋼板”，即添加不少于1％的Si且C含量不大于0.005％的冷軋鋼板，生產顯像管帶材的方法。然而，需要改善地磁屏蔽性能的材料特性是在弱DC磁場中的導磁率，于是在硅鋼板所特有的在交流磁場中降低鐵損是沒有必要的。此外，在已經被減少至非常低的碳含量C≤0.005％后，向鋼中添加大量的硅增加了成本，并且也顯著地降低了鋼的韌性和延展性，由于在熱軋和冷軋的過程中易于開裂而降低生產率。此外，由于硅在表面層的氧化，在退火階段趨向產生所謂回火色，降低了鋼板的粘著性能。
專利文獻3公開了添加Ti的鋼板的應用。然而，添加Ti的鋼板的再結晶溫度高，增加了生產成本。此外，由于析出的細微碳氮化物直接阻止了磁疇壁的移動和鐵素體晶體粒徑被減少的事實，導磁率被降低。
專利文獻4公開了一種鋼，通過添加P和積極利用由平整產生的應力，它的強度被提高，以及通過控制晶體粒徑和平整之間的平衡，它的弱磁場性能被增強。專利文獻5公開了基于通過添加Si和Mn改進磁性能和鋼強度的方案。專利文獻6至9公開了時效硬化的利用，通過固溶C提高強度，并且通過控制滲碳體析出的形態/大小和鐵素體晶粒的直徑，同時實現高強度和高導磁率，而碳的大量減少或者硅的大量添加則沒有必要。然而在由發明人進行的研究中，發現這些公開的方法不是必然地實現具有良好穩定性的300N/mm2或者更高的高屈服應力。
發明目的本發明的目的是提供一種專門用于在顯像管帶材用的鋼板中獲得具有良好穩定性的300N/mm2或者更高的高屈服應力的技術，沒有大量添加硅或者利用鈦或其它的析出強化元素，而使該帶材具有高的強度和高的導磁率。
發明的公開通過深入研究實現穩定的強度提高而沒有磁性能降低的有關方法，發明人發現，利用Mn和P的固溶強化作為鋼的強化機制是非常有效的。此外，適當的引入C和Si能使強度進一步提高，并且可以避免由于大量降低C含量而產生的成本增加，以及高含量的Si造成的鍍覆粘著特性降低。還需說明的是，嚴格控制鐵素體晶體粒徑能夠實現穩定的高強度，而沒有影響高導磁率的實現。本發明基于這點知識而得到實現。
具體地，本發明提供一種顯像管帶材用的高強度，高導磁率的鋼板，具有的化學組成按照質量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量為鐵和不可避免的雜質，并且具有鐵素體晶體粒徑為10-100μm和屈服應力為300N/mm2或者更高。對于“鐵素體晶體粒徑”是指平均粒徑。由此可得出，鐵素體組織可以包括粒徑小于10μm和大于100μm的晶粒。
本發明還提供一種顯像管帶材用的高強度，高導磁率的鋼板，按照質量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量為鐵和不可避免的雜質，具有的化學組成滿足下式1，并且具有鐵素體晶體粒徑為10-100μm和屈服應力為300N/mm2或者更高C×Mn×P≥2.5×10-4………(1)。
在式(1)的左邊，術語C，Mn和P將被以質量百分比表示的代表C，Mn和P含量的數值代替。
前述鋼板具有的碳含量可以從大于0.005％至0.010％，并且在0.35Oe(奧斯特)的DC磁場中的比導磁率μ0.35為400或更高。此外，前述的鋼板在其表面上可以具有鋅系或者鋁系的鍍覆層。對于“鋅系鍍覆”是指其組成由不少于50質量％的鋅組成的鍍覆層，類似的，對于“鋁系鍍覆”是指其組成由不少于50質量％的鋁組成的鍍覆層。
此外，本發明提供一種生產前述鋼板的方法，其特征在于，在熱軋之后，當通過實施一道或者多道冷軋和退火流程生產時，(1)在熱軋之后的卷取溫度被定在600-700℃，和(2)按照該鋼的再結晶特性組合“最終冷軋壓延率”和在750-900℃的范圍內的“最終退火溫度”，使得在最終退火后鐵素體晶體粒徑變成10-100μm。
在實施單道冷軋與退火流程的生產工藝中，“最終冷軋壓延率”和“最終退火溫度”是指在此流程中的冷軋壓延率和退火溫度。在實施多道冷軋與退火的生產工藝中，是指在最終流程中的冷軋壓延率和退火溫度。對于“鋼的再結晶特性”是指對于要生產的鋼預先確定的一種關系，該關系限定冷軋壓延率和退火溫度與退火后的晶體粒徑如何相關的。
鍍覆可以在所述生產方法的最終退火之后實施。此時，下述工藝(a)和(b)中的任何一個都可采用(a)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程并在最終退火流程的冷卻步驟中實施在線的鋅系或鋁系的熱浸鍍的生產工藝。
(b)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，在最終退火流程的冷卻步驟中實施在線的鋅系或鋁系的熱浸鍍，以及之后實施不大于1.5％的平整的生產工藝。
當在線實施熱浸鍍時，在最終退火之后實施浸入熱浸鍍池。因此，進行該工藝使得鐵素體晶體粒徑在鍍覆之后成為10-100μm。
此外，在生產方法的最終退火之后可以采取下述工藝(c)-(f)(c)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施不大于1.5％的平整的生產工藝。
(d)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程并且之后實施鋅系鍍覆的生產工藝。
(e)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施不大于1.5％的平整以及之后實施鋅系鍍覆的生產工藝。
(f)在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，之后實施鋅系鍍覆，并且還實施不大于1.5％的平整的生產工藝。
具體實施例方式
在按照本發明的顯像管用的高強度、高導磁率的鋼板中，C對于增加鋼的強度是有效的。當碳含量小于0.003質量％時，不能獲得足夠的強化性能，并且如此減少碳含量的鋼在本發明中是不合需要的，因為它不必要地使煉鋼更困難。另一方面，超過0.010質量％的碳含量造成磁性能降低的問題。因此本發明限定碳含量為0.003-0.010質量％。特別優選的碳含量范圍是大于0.005至0.010質量％。
Si作為一種固溶強化元素有助于高強度的提高。為了充分利用這種效應，不小于0.5質量％的含量是需要的。然而，因為硅的含量大會降低可加工性和鍍覆的粘著性能，所以設定上限為1.0質量％。
Mn作為一種固溶強化元素有助于高強度的提高，并且從鍍覆粘著性能的角度看，比硅的添加更有利。因此，在本發明中，添加不少于1.0質量％的Mn以積極利用它的強化效應。然而，需要注意，因為在含量超過2.0質量％時，可加工性惡化并且鍍覆粘著性能也下降。
雖然P作為固溶強化元素有助于高強度的提高，它在鋼中的晶界處偏析而引起有害的效應，即生產率和鋼韌性下降。研究表明，有助于高強度提高開始于含量大約為0.04質量％時，并且含量只要不超過0.15質量％，這些有害的效應不會成為實質的問題。因此，通過P在0.04-0.15質量％的范圍內的積極的夾雜，本發明促進了高強度的提高。
S在鋼中是作為夾雜物存在的，并且因為它降低撓曲可加工性和磁性能，需要將其減少至0.02質量％或者更少。
當時機需要時，Al能作為脫氧劑添加。然而，它是在不大于0.030質量％的范圍內被添加的，因為鋼中大量AlN的形成降低磁性能。
N在鋼板中是以析出物的形式存在的，例如AlN。在本發明中，N應當被減少至0.004質量％的含量，因為它降低磁性能。
為了實現帶有平板化前玻璃和具有“反內爆特性”的顯像管，玻璃的周邊必須被通過收縮裝配的方法裝配的帶材緊緊地夾住。因此所述帶材需要有高的屈服應力。要特別指出的是，由于朝更薄的內壁發展，玻璃本身的“反內爆特性”在近年來正在下降，這使得帶材有必要承受成比例的更高的應力。此外，人們希望降低帶材本身的厚度的需要也出現了，這將使必須承受的應力水平會更高。將這些觀點考慮進去，未來的顯像管帶材應當優選地至少具有屈服應力不少于300N/mm2的能力。
在本發明中，除嚴格控制鋼中不同元素的含量在前述的范圍外，特別優選的是引入C，Mn和P以滿足下式1C×Mn×P≥2.5×10-4………(1)。
在其化學組成滿足這種關系的鋼板中，通過如下面所說明的那樣調整晶體粒徑，300N/mm2的高屈服應力能一致地被實現。值得指出的是，要更優選地滿足C×Mn×P≥3.0×10-4。
當被用作顯像管帶材時，本發明的鋼板基本上表現為鐵素體單相組織。已知的是，晶體粒徑的增大通常對于提高鋼板的導磁率是有效的。另一方面已知的是，更小的晶體粒徑通常對于提高鋼的強度是有利的。因此，必須調整晶體粒徑以滿足磁性能的要求和強度要求。對于磁性能，當使用其特征為在0.35Oe的DC磁場中它的“比導磁率μ0.35”是400或者更高的帶材時，對地磁的屏蔽效應是足夠的。正如前面關于強度所指出的，不小于300N/mm2的屈服應力是必須的。通過對具有前述組成的鋼板的深入研究，發明人發現，當鐵素體晶體粒徑被調整在10-100μm的范圍內時，這些性能的要求都被滿足。特別地，通過使鐵素體晶體粒徑不小于10μm，能使μ0.35為400或者更高，以及通過使其不大于100μm，能實現不小于300N/mm2的屈服應力。鐵素體晶體粒徑的下限更優選的為15μm。
如后面所解釋的，通過調整熱軋之后的卷取溫度和選擇冷軋壓延率與最終退火溫度的適當組合，晶體粒徑能得到控制。
本發明的鋼板當被使用時，優選地帶鋅系或者鋁系鍍層。鍍覆方法沒有特別地限制。只要能最終得到前述晶體粒徑，無論熱浸電鍍還是電鍍均能被利用。例如，采用的熱浸鍍可以是Zn鍍覆，Al鍍覆，Zn 4-13％Al 1-4％Mg鍍覆，或者類似的，而電鍍可以是Zn鍍覆，Al鍍覆，Zn 10-16％Ni鍍覆或者類似的。
普通的鋼板生產線可被用來生產本發明的鋼板。不需要專門的工藝。具體地，通過這種工藝生產是可能的，即煉鋼之后，實施熱軋，冷軋和退火，并且當時機需要時還實施平整。在單道流程中，可實施一次所述冷軋和退火，或者根據需要的鋼板厚度在多道流程中重復進行。
然而，生產條件需要被設計為控制鐵素體晶體粒徑在10-100μm的范圍內。
首先，在熱軋后，使卷取溫度為600℃或者更高是必須的。這是為了在卷取過程中使AlN的析出提前徹底地進行，以生長AlN顆粒。這使得抑制細微的AlN的析出成為可能，在后面工藝步驟中的退火過程中細微的AlN的析出將阻止再結晶顆粒生長，于是能夠控制晶體粒徑。當卷取溫度在600℃以下時，在卷取過程中AlN的析出和生長是不充分的，于是在退火過程中發生細微晶粒的析出。在這種情況下，沒有實現對磁性能的改進。另一方面，當卷取溫度超過700℃時，熱軋鋼板的氧化皮厚度增加而顯著地降低了表面狀況。因此在本發明中熱軋后的卷取溫度限定為600-700℃。
于是在本發明中，AlN被允許析出并且提前徹底地生長。一旦如此，通過選擇最終冷軋的“壓延率”與最終退火“溫度”的適當組合，最終鐵素體晶體粒徑被控制在10-100μm的范圍內。最終冷軋“壓延率”優選地為10％或者更高，使得在隨后的退火階段再結晶易于發生。最終退火在750-900℃之間。在低于750℃時，再結晶可能沒有全部結束，而在高于900℃時，再結晶的效果飽和，導致成本不必要地增加。最終退火的保溫時間不需要特別限定，但是優選地為大約15-120秒。
通過試驗確定冷軋壓延率和退火溫度如何影響退火后晶體粒徑，以及例如通過將結果繪圖，易于發現最終冷軋壓延率與最終退火溫度的適當組合。
當進行熱浸鋅系鍍覆或者熱浸鋁系鍍覆時，使用結合了退火設備和鍍覆設備的集成的連續生產線來實施“在線鍍覆”(inlineplating)。在這種情況中，使鍍覆之前馬上進行的退火成為由本發明限定的“最終退火”是必要的。換句話說，采取的方法可以是，在連續的熱浸生產線的退火設備中于750-900℃范圍內的適當溫度實施最終退火，并且在退火的冷卻步驟中，通過將鋼板浸入熱浸鍍池中實施鍍覆。當使用鋅系電鍍時，它通常在最終退火之后在分離的生產線中實施。在下面所述的平整之后或者在平整之前，可以進行電鍍。
平整的施用對于糾正鋼板的形狀是有效的。然而，平整的壓延率應當不大于1.5％，因為產生過多的應變降低了磁性能。不大于1.5％的平整壓延率被認為沒有引起平整前后的鐵素體晶體粒徑的明顯變化。
實施例鋼組成的影響表1中所示化學組成的板坯均在920℃的熱軋最終溫度和650℃的卷取溫度的條件下被熱軋至2.3mm的厚度，并且所述熱軋鋼板被冷軋至1.2mm厚度。然后在850℃實施連續退火(最終退火)。沒有使用平整。
表1(質量％)

*本發明范圍之外退火后的鋼板都是基本上鐵素體單相組織。測定每一個鋼板的鐵素體晶體粒徑，屈服應力和在0.35OeDC磁場的比導磁率μ0.35。
使用按照JIS G0552的切割方法，在包括鋼板軋制方向和厚度方向的橫截面內測量鐵素體晶體粒徑。
使用在軋制方向切割的JIS No.5拉伸試驗樣本，從實施拉伸試驗得到的應力-應變曲線測定屈服應力。
使用退磁的ψ33mm×45mm的環形樣本測量μ0.35，以確定0.35Oe磁場中的導磁率。
結果表示在表2中。
表2

*性能不足正如從表2中看到的，本發明的板材具有的鐵素體晶體粒徑在10-100μm的范圍內，大于300N/mm2的高屈服應力，和大于400的高比導磁率μ0.35。與此對照，因為分別過量的N含量和過量的C含量，對比鋼Nos.11和15在比導磁率方面差。由于固溶強化元素Si，Mn和P的含量太少，鋼板Nos.12至14屈服應力低。由于C×Mn×P的值低于2.5×10-4，盡管滿足前述的元素含量范圍，鋼板No.16的屈服應力低。
生產條件的影響表1中鋼板Nos.1和5經受不同生產條件下的生產工藝熱軋→冷軋→退火→(平整)，并且檢測得到的產品的鐵素體晶體粒徑、屈服應力和比導磁率μ0.35。
結果表示在表3中。
表3

*不適當的條件或者性能不足在對比實施例的試驗Nos.4和6中，冷軋壓延率被設置的太小(12％)，并且因為與退火溫度結合不適當，鐵素體晶體粒徑增大至大于100μm。結果屈服強度下降。在試驗No.10中，平整壓延率大于1.5％，這增加內部應變并且降低了比導磁率μ0.35。在試驗No.11中，在熱軋之后的卷取溫度低于600℃，這被認為會在隨后的退火階段會導致AlN的析出，于是比導磁率μ0.35變低，因為不能得到大于10μm的鐵素體晶體粒徑。在發明的實施例中，另一方面，適當地選擇卷取溫度、冷軋壓延率和退火溫度的結合，和平整壓延率，于是鐵素體晶體粒徑落在適當的范圍，并且可獲得不小于300N/mm2的高屈服強度和不小于400的高導磁率μ0.35。
因此，通過利用普通鋼板生產設備和不添加大量Si或Ti或其它析出強化元素，本發明可以生產對地磁具有優秀的屏蔽性能和穩定地表現出不小于300N/mm2的高屈服強度的高強度、高導磁率的鋼板。因此，本發明的鋼板作為用于當前的顯像管帶材的鋼板是有用的，由于朝薄壁顯像管發展的趨勢，這種顯像管帶材需要更高的可靠性。
權利要求
1.顯像管帶材用的高強度，高導磁率的鋼板，具有的化學組成按照質量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量為鐵和不可避免的雜質，并且具有鐵素體晶體粒徑為10-100μm和屈服應力為300N/mm2或者更高。
2.顯像管帶材用的高強度，高導磁率的鋼板，按照質量百分比包括，C0.003-0.010％，Si0.5-1.0％，Mn1.0-2.0％，P0.04-0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量為鐵和不可避免的雜質，具有的化學組成滿足下式(1)，并且具有鐵素體晶體粒徑為10-100μm和屈服應力為300N/mm2或者更高C×Mn×P≥2.5×10-4.........(1)。
3.如權利要求1或2所述的鋼板，其中C含量為大于0.005％至0.010％。
4.如權利要求1至3任何一項所述的鋼板，其在0.35Oe的DC磁場中的比導磁率μ0.35為400或者更高。
5.如權利要求1至4任何一項所述的鋼板，還包括在其表面上的Zn-系或Al-系鍍層。
6.權利要求1至5任何一項的鋼板的生產方法，其特征在于，在熱軋之后，當通過實施一道或者多道冷軋和退火流程進行生產時，(1)在熱軋之后卷取溫度被定在600-700℃，和(2)按照該鋼的再結晶特性組合“最終冷軋壓延率”和在750-900℃的范圍內的“最終退火溫度”，使得在最終退火后鐵素體晶體粒經變成10-100μm。
7.權利要求1至5任何一項的鋼板的生產方法，還包括在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程并在最終退火流程的冷卻步驟中實施在線的鋅系或鋁系的熱浸鍍的生產工藝，或在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程并在最終退火流程的冷卻步驟中實施在線的鋅系或鋁系的熱浸鍍，以及之后實施不大于1.5％的平整的生產工藝，在該方法中，(1)在熱軋之后，卷取溫度被定在600-700℃，和(2)按照該鋼的再結晶特性組合“最終冷軋壓延率”和在750-900℃的范圍內的“最終退火溫度”，使得鍍覆后鐵素體晶體粒徑變成10-100μm。
8.權利要求1至5任何一項的鋼板的生產方法，還包括下列生產工藝中的一種在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施不大于1.5％的平整的生產工藝，在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施鋅系電鍍的生產工藝，在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施不大于1.5％的平整以及之后實施鋅系電鍍的生產工藝，在熱軋之后，實施一道或多道冷軋及退火流程，然后實施鋅系電鍍，并且還實施不大于1.5％的平整的生產工藝，在該方法中，(1)在熱軋之后，卷取溫度被定在600-700℃，和(2)按照該鋼的再結晶特性組合“最終冷軋壓延率”和在750-900℃的范圍內的“最終退火溫度”，使得鍍覆后鐵素體晶體粒徑變成10-100μm。
全文摘要
一種顯像管帶材用的高強度，高導磁率的鋼板，具有的化學組成按照質量百分比包括，C0.003－0.010％，Si0.5－1.0％，Mn1.0－2.0％，P0.04－0.15％，S不大于0.02％，Al不大于0.030％，N不大于0.004％，余量為鐵和不可避免的雜質，具有的化學組成滿足C×Mn×P≥2.5×10
文檔編號C22C38/06GK1756854SQ20048000613
公開日2006年4月5日 申請日期2004年4月12日 優先權日2003年4月15日
發明者洲崎恒年, 平田健太郎, 肥后裕一 申請人:日新制鋼株式會社